在渤海某油田降低吊車鋼絲繩故障率的探索與實踐

孫華龍，李小平，楊煥財

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300452)

1 概述

吊機(jī)是海上采油平臺的關(guān)鍵設(shè)備，在油田日常生產(chǎn)中起著不可代替的作用。由于吊裝作業(yè)頻繁，長時間的運轉(zhuǎn)可能會導(dǎo)致鋼絲繩出現(xiàn)斷絲、扭結(jié)、變形等問題。從吊機(jī)鋼絲繩每年發(fā)生的故障以及故障影響程度上看，吊機(jī)現(xiàn)有管理策略和技術(shù)措施等工作需加強(qiáng)，以滿足吊機(jī)本質(zhì)安全和可靠性要求，從而最大限度的減少風(fēng)險，降低風(fēng)險損失。

2 優(yōu)化細(xì)化鋼絲繩檢維修規(guī)程

2.1 觀察鋼絲繩長度，并查看鋼絲繩上有沒有斷絲和松股的情況

在平時的工作中，操作人員要特別經(jīng)常關(guān)注鋼絲繩表面有無大粒徑固體；其減小量不得超過公稱直徑的百分之七；鋼絲繩上不允許有扭結(jié)包裝、壓平、歪斜、籠式畸變、斷股、波浪狀、將繩芯擠壓、繩芯破裂，以及因高溫作業(yè)而造成的色澤變化等現(xiàn)象。鋼絲繩使用期限不能超過3年。參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5972—2009《起重機(jī)、鋼絲繩、保養(yǎng)、維護(hù)、安裝、檢驗和報廢》[1]；斷絲報廢參照API 2D(海上起重機(jī)的運行與維護(hù))的要求執(zhí)行。

2.2 檢查鋼絲繩固定端緊固情況

鋼絲繩繩端定位應(yīng)正確，鋼絲繩滾筒末端固定壓片不少于2個，楔狀套末端安裝應(yīng)符合API 2C(海上起重機(jī)的運行與維護(hù))的要求，壓制時繩端應(yīng)沒有明顯的松散狀態(tài)[2]。

(1)當(dāng)使用編插固接時，編插部分的直徑長度不能低于原捆扎繩總長度的20倍，且不能低于300 mm。

(2)選擇繩卡固接后，繩卡重量不能小于3個，繩卡重量與繩卡寬度和綁扎繩長短相應(yīng)。繩卡的總長度不能低于鋼絲繩總長度的6倍。繩頭與每一條鋼絲繩卡的直徑均不能低于140 mm，并使用細(xì)鋼絲捆扎，將繩卡滑鞍置于鋼絲繩承載或運行時承載的側(cè)面，U型槍機(jī)扣于捆扎繩的尾部，并不能正反方向交叉放置繩卡。鋼絲繩的長度受力之前先擰緊好繩卡，受力后要再次擰緊。

2.3 楔形套、壓板和繩卡檢查

檢查楔形套內(nèi)部鋼絲繩不能存在斷絲和腐蝕情況，對楔形套進(jìn)行探傷檢查，不能存在裂紋情況。參照標(biāo)準(zhǔn)API 2D C5.1.4I(海上起重機(jī)的運行與維護(hù))[3]。

2.4 檢查鋼絲繩的剩余圈數(shù)

鋼絲繩到下限位，在滾筒上剩余圈數(shù)不少于5圈，滾筒下限位，記錄鋼絲繩圈數(shù)。參照標(biāo)準(zhǔn)API 2C(海上起重機(jī)的運行與維護(hù))。

2.5 檢查周期

鋼絲繩檢查周期如表1所示。

表1 鋼絲繩檢查周期

當(dāng)周檢、月檢、季度檢、半年檢、年檢時間重合時，取最高級檢查。

2.6 鋼絲繩的檢驗

2.6.1 斷絲的檢驗

一個節(jié)距內(nèi)斷絲的特殊情況(分為外層和內(nèi)部斷絲)，如用六股窩股綁扎絲，則一般不計算在外表層的斷絲數(shù)，但如果在同一根鋼筋上同時出現(xiàn)了兩處斷絲，也可以按兩根斷絲計算。

(1)檢查時應(yīng)關(guān)注斷絲部位(即距繩端的間距)，以及斷線的集中情況。

(2)要考慮斷絲的位置與形式，即斷絲是在雜器繩股的突出部分，或是凹谷部分。通過斷絲的外形，即可確定產(chǎn)生斷絲的因素。有以下幾個因素：應(yīng)力、碰撞、疲勞、扭曲和其他各種復(fù)雜因素。

2.6.2 磨損的檢驗

(1)損壞情況分為同心損壞和偏心磨損兩類。偏心磨損，大多出現(xiàn)在繩索移動噸位不大、吊具較大、拉力變形較小的情況。偏心損耗與同心損壞也能引起鋼絲繩硬度下降。

(2)損壞的類型分為單純損壞和粘性損壞兩類。因為表面壓力引起塑性變形而引起粘性損壞。這些磨損導(dǎo)致金屬相改變，進(jìn)而導(dǎo)致鋼絲變硬，隨之出現(xiàn)裂縫甚至斷絲。檢查時應(yīng)關(guān)注這些損壞的情況。

(3)腐蝕。目測鋼絲繩上有沒有銹蝕，點蝕以及鋼絲松動狀況。

(4)變形。對鋼絲繩的目測，鋼絲繩上不應(yīng)該打結(jié)，也不應(yīng)該太大的波浪變化。

(5)拱圈及火焙后的情況。目測鋼筋繩，既不應(yīng)回火色、亦不應(yīng)焊損。而受電擊的鋼筋繩，則通常應(yīng)報廢。

(6)對鋼筋繩的潤滑檢驗。鋼筋繩保持良好的潤滑狀況，將有助于增長鋼筋繩的壽命。因此戶外運輸?shù)匿摻罾K要格外注重潤滑。

(7)由于外部鋼絲繩的磨損，芯支撐的損失或內(nèi)部或外部的磨損，鋼絲繩直徑減少到正常的直徑之下，就要檢查芯損壞的情況。防轉(zhuǎn)鋼絲繩芯的損壞是很難觀察到。因此，檢查芯損壞的典型方法是：直徑測量，由于芯老化直徑減少；絞矩長度的測量，由于絞矩長度增加芯的損壞。

(8)在鋼絲繩外部損壞的數(shù)量和損壞鋼絲繩的集中程度。當(dāng)損壞所在的股在接觸點時要檢查注意損壞的最低點。

2.7 起重作業(yè)安全管理

2.7.1 起重作業(yè)安全要求

(1)起重機(jī)械使用部門應(yīng)當(dāng)根據(jù)國家規(guī)定對起重機(jī)械實施日檢、年審或者年檢。對在檢驗時出現(xiàn)問題的裝置應(yīng)及時處理，并經(jīng)檢查合格后方能使用，且檢驗結(jié)果必須滿足GB 6067.1—2010 《起重機(jī)械安全規(guī)程》的規(guī)定。

(2)起重指揮機(jī)構(gòu)、起重機(jī)械駕駛員、起重機(jī)械使用和維護(hù)管理人員須持有效的《特種設(shè)備作業(yè)人員證》。

(3)在實施大型起重建筑施工、利用陸岸碼頭實施的各種起重工作，和使用普通起重船所實施的起重建筑施工時，都應(yīng)當(dāng)提出詳盡安全的設(shè)計方案，并做好危險性評價和危險辨識，制定建筑方法和緊急預(yù)案，按程序?qū)徟蠓娇蓪嵤τ谏婕安煌O(shè)施之間的起重作業(yè)，現(xiàn)場單元應(yīng)明確指揮管理工作界面，并做好相互配合和溝通。

2.7.2 作業(yè)前的安全檢查

(1)作業(yè)單元應(yīng)對從事起重指揮和操作的人員進(jìn)行資質(zhì)確認(rèn)。

(2)對于大型起重作業(yè)、陸岸終端進(jìn)行的所有起重作業(yè)、利用起重船進(jìn)行的起重作業(yè)和非常規(guī)起重作業(yè)，需辦理大型起重作業(yè)許可證。

(3)實施吊裝作業(yè)單位的相關(guān)管理人員對起重或吊裝機(jī)械設(shè)備和吊具進(jìn)行全面檢查確認(rèn)，并保證處于良好狀況，以確定被吊裝物體載重不能大于起重機(jī)械吊裝能力。

(4)工程負(fù)責(zé)人對施工吊裝范圍內(nèi)的安全管理狀況實施監(jiān)督(包含施工吊裝范圍的劃分、標(biāo)志、障礙等)。警戒范圍內(nèi)及吊裝現(xiàn)場應(yīng)設(shè)有保安警告標(biāo)志，并設(shè)專人監(jiān)視，非工作管理人員禁止入內(nèi)。

2.7.3 吊裝過程中作業(yè)要求

(1)吊車司機(jī)在被系物吊離地面5～10 cm時觀察，并核實示重儀數(shù)據(jù)未超過吊車安全載荷，正常后方可起鉤。

(2)鐵索吊車駕駛員工作中，隨時關(guān)注貨物行走路線是否有可能出現(xiàn)危險；對行駛在吊載作業(yè)區(qū)域內(nèi)的人員，司機(jī)應(yīng)當(dāng)響鈴發(fā)布警告；禁止吊具在工藝裝置和管道上停留，以避免吊具掉落對工藝裝置和管道產(chǎn)生傷害。

(3)按照吊運工作的“八不吊”規(guī)定，確保貨物狀況滿足吊運工作的需求標(biāo)準(zhǔn)；

(4)當(dāng)司索員未能注意到貨物的吊鉤索器或有可能出現(xiàn)危險的情況時，司機(jī)有責(zé)任鳴笛和通過對講機(jī)進(jìn)行提示。

(5)不得在沒有司索指揮人的狀態(tài)下，實施吊裝操作。在吊貨過程中，發(fā)現(xiàn)信息技術(shù)系統(tǒng)一時無法正常運行，應(yīng)立即暫停其運行，待信息正常并更新通訊設(shè)備后，才能繼續(xù)運行。

(6)吊卸貨區(qū)域的環(huán)境應(yīng)盡可能開闊，無障礙物，商品堆放平整。

(7)對貨物吊卸和擺放要靈活合理，減少不必要吊數(shù)。

(8)司索工在吊裝過程中要非常小心避免手臂受傷。

(9)當(dāng)有重物踩到吊繩、絞鏈上時，不要將其從重物下拉出。

(10)操作者不得把手置于投石、絞鏈等被吊具中間。

(11)在處理鋼絲繩時，應(yīng)當(dāng)佩戴手掌或皮質(zhì)的手套。

2.7.4 作業(yè)中的安全措施

(1)《作業(yè)許可證》通過后，施工責(zé)任人須將證照交給起重指揮機(jī)構(gòu)。起重指揮和操作管理人員必須查看執(zhí)照，確定無誤后方可操作，應(yīng)嚴(yán)格根據(jù)起重作業(yè)操作規(guī)程和執(zhí)照上填寫的信息實施操作。

(2)在高空作業(yè)時，應(yīng)確定起重指揮人員，且起重指揮人員須佩帶醒目的標(biāo)識和安全帽。

(3)應(yīng)當(dāng)分工明確、堅守崗位，起重指揮工作人員應(yīng)當(dāng)按照GB/T 5082—2019 《起重機(jī)手勢信號》所規(guī)定的聯(lián)絡(luò)信號實施指令，其他工作人員應(yīng)當(dāng)了解起重設(shè)備吊裝方法和指示信息，并利用對講機(jī)等通訊工具輔助指令。

(4)在開始吊裝工作前應(yīng)當(dāng)經(jīng)過試吊，試吊中檢驗各種設(shè)備、地錨的承載情況，若出現(xiàn)問題則把物品再次放置回工地，在消除問題后通過試吊，確定各項情況無誤后，可開始吊裝工作。

(5)禁止使用管道、管架、電纜桿、機(jī)械裝置等作吊運錨點。未經(jīng)審查核算，不能以建筑、結(jié)構(gòu)為錨點。

(6)夜間應(yīng)有充足的燈光，露天施工出現(xiàn)大雪、狂風(fēng)、大霧或六級以上強(qiáng)風(fēng)及其他施工現(xiàn)場認(rèn)為存在施工危險的情況的，應(yīng)立即暫停施工。

(7)在起重過程中，起重裝置若發(fā)生重大故障，應(yīng)立即向指揮人員匯報，并暫停起重作業(yè)；未經(jīng)許可，任何一方均不準(zhǔn)私自脫離崗位。

(8)被吊載的物體上應(yīng)系綁牽引繩，起吊重物安裝及就位之前，不得解開吊索器。

(9)一般情形下，禁止使用起重機(jī)械移送車輛。在使用前，必須在施工中制定詳盡科學(xué)的施工計劃和人員的防護(hù)，如果是吊筐施工，禁止焊接施工的電線和吊筐捆扎的接觸。

(10)當(dāng)使用兩個或多個起重機(jī)械吊裝相同重量時，起落、運轉(zhuǎn)均須保證同時；且各臺起重機(jī)械所承擔(dān)的負(fù)荷，不能大于各自最高起重能力的80%。

3 技術(shù)提升方面的具體措施即強(qiáng)化鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 工作原理

鋼絲繩的在線檢測控制系統(tǒng)主要由電磁探傷傳感器、掃描位置編碼控制器和監(jiān)測主機(jī)控制系統(tǒng)等組成。電磁探傷傳感器將探測到的鋼絲繩損傷數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后收集和處理器至電腦展示和數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，最后進(jìn)行對鋼絲繩損傷數(shù)據(jù)的展示和分析及評判結(jié)果處理；此外，通過與鋼線繩卷揚(yáng)機(jī)相連的掃描定位傳輸功能，將電磁探傷傳感器和被檢查鋼線繩的掃描及相應(yīng)運動偏移方位/時間參數(shù)傳輸給電腦展示和數(shù)據(jù)分析管理系統(tǒng)，最后實現(xiàn)對鋼絲繩損傷數(shù)據(jù)的確定。

3.2 電磁探傷傳感器

電磁探傷傳感器由傳感器主體單元和對中輪組成(如圖1所示)。探傷傳感器的主體單元通過對中輪及其調(diào)節(jié)將被檢測鋼絲繩對中抱合，同時通過磁吸附及閉合彈簧機(jī)構(gòu)將探傷傳感器環(huán)抱合在被檢鋼絲繩上。電磁探傷傳感器的漏磁場探測方法：將磁化器的電磁能量輸入鋼絲繩上，在捆扎繩上的斷絲或磨損狀態(tài)中形成漏磁場，由設(shè)置于磁化裝置中的磁敏器件可以捕獲將此一漏磁信息轉(zhuǎn)化為電流信息，從而產(chǎn)生對斷絲或損壞狀態(tài)的檢驗判定依據(jù)，其探測方法必須嚴(yán)格按照國外通行規(guī)范如美國ASTM E1571—11規(guī)范和歐盟EN 12927—8規(guī)范，以及中國國標(biāo)GM/T 21837—2008《 鐵磁性鋼絲繩電磁檢測》的技術(shù)要求。

圖1 傳感器主體和對中輪

首次安裝或檢修安裝操作及注意事項如下：拆開如圖1標(biāo)示的彈簧和四顆螺絲，就可以將探頭支架及探傷傳感器打開；將被測鋼絲繩放入探傷傳感器內(nèi)，并調(diào)節(jié)對中輪后面的螺桿，盡量確保傳感器與被測鋼絲繩為同心軸；定期檢查對中輪磨損情況并定期調(diào)整對中螺桿或更換對中輪；發(fā)現(xiàn)有松動螺栓/螺桿/螺釘后要及時緊固。

3.3 掃碼位置編碼模塊

掃描位置編碼模塊由編碼器、編碼輪及支架組成，鋼絲繩運轉(zhuǎn)時帶動編碼輪轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)探傷位置的定位，如圖2所示。

圖2 掃描位置編碼模塊

3.4 監(jiān)測主機(jī)

監(jiān)測主機(jī)系統(tǒng)由信號采集器、編碼信號采集器、報警器、計算機(jī)系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等構(gòu)成。

4 實際應(yīng)用效果

該鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)通過計算、分析探傷傳感器的斷絲檢測信號，能實時監(jiān)測吊車鋼絲運行狀態(tài)，通過設(shè)置相應(yīng)的報警值，能及時發(fā)現(xiàn)鋼絲繩異常情況并觸發(fā)相應(yīng)的報警。

該系統(tǒng)可以查詢歷史波形，實現(xiàn)鋼絲繩運行狀態(tài)的歷史查詢，給鋼絲繩在某段周期內(nèi)的運行狀態(tài)，提供判定依據(jù)，如圖3所示。

圖3 歷史波形查詢

5 結(jié)語

該油田通過管理和技術(shù)提升，實時監(jiān)測吊車鋼絲繩運行狀態(tài)，解決了因吊車鋼絲繩長時間、高負(fù)荷運轉(zhuǎn)造成鋼絲繩損傷而不容易被發(fā)現(xiàn)的問題。能及時發(fā)現(xiàn)鋼絲繩損傷、缺陷等隱患，將大大提高吊車運轉(zhuǎn)的安全性。具有一定的推廣性和借鑒性，可為今后其他油田解決類似問題提供參考依據(jù)。